pov简单小实验.docx
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pov简单小实验.docx
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pov简单小实验
单片机POV
十字旋转LED
学院:
电气与电子工程学院
班级:
电子信息工程
学号:
110408324
POV显示制作概要
1什么是POV
POV即英文PersistenceofVision一词的缩写,中文是“视觉暂留”的意思。
每当人的眼睛在观察物体之后,物体的映像会在视网膜上保留一段很短暂的时间。
在这短暂的时间段里,当前面的视觉形象还没有完全消退,新的视觉形象又
继续产生时,就会在人的大脑里形成连贯的视觉错觉。
其实,对于这种独特有趣生物现象,我们随时都能感受到。
下雨时,纷纷快速下落的雨滴,在我们的眼里却成了一条条富有诗意的“雨丝”;用一支激光笔射在墙上,并快速晃动,我们会感受到一幅由线条组成的画面。
进一步的研究发现,人的视觉暂留时间约为1/24s,这个时间值并非是个标准值,它因观察者的个体差异和观察的物体的亮度及大小约有不同。
现代电影根据这一事实,以每秒24个画格的速度进行拍摄和放映,使得一系列原本不动的连续变化画面,在人眼里产生连贯的活动错觉影像。
对“POV”现象的认识和利用,可追溯到两百多年前。
2POV显示制作概要
利用POV即“视觉暂留”这一原理,我们可以通过发光体的运动,产生一系
列运动轨迹的残留影像,达到漂浮在空中似的神奇梦幻般显示效果。
纵观各种与此相关制作,无论是商业化产品还是DIY作品,归纳起来无非就是看运动的是发光体,发光体如何运动,如何给运动的系统供电,采用什么样的传感器感知运行状态,如何控制运转着的系统。
下面将对这几个方面进行归纳和探讨。
1.发光体
由于LED(发光二极管)有亮度高、色彩丰富、寿命长、耐冲击、功耗小、驱动简单、工作电压低等优点,因而成为POV显示制作的首选发光体。
各式各样发
着各种颜色光的LED形成了一个庞大家族,我们可以根据各自特殊的需要选择不同的LED。
本书制作中还用古老的辉光管制作POV显示,我们不妨把它看成是另类,在这里就不再进一步探讨了。
2.运动状态
发光体的不同的运动方式,成就了各种显示形态的POV。
归纳起来看,形
形色色的POV制作,其运动状态大多超不出以下的这几种方式:
1.圆盘式旋转运动
发光体安装在钟表指针式的旋转体上,通过旋转形成圆形显示画面,如
图12所示。
图12圆盘式旋转运动
这种运动方式的特点是:
(1)由于发光体旋转速度可一直保持不变,使得显示图案均匀一致。
不过
显示字体时字型变化较大,特别在接近圆心的地方。
如要想使显示的字体和图
案不产生变形,还需要专门软件对发光点进行的坐标转换。
(2)制作调试时运转的振动现象易于控制。
这种运动方式常见的制
作有:
①车轮上的POV显示。
②风扇上的POV显示。
③数字/模拟双模式显示时钟。
2.柱面式旋转运动
让发光体与旋转轴处于平行状态,这样运动产生的画面效果为一柱面,如
图13所示。
其特点是:
(1)发光体旋转速度可保持不变,这样能使显示图案均匀一致,字体及图案
都能原样显示出来。
图13柱面式旋转运动
(2)由于显示面不是一个平面,一般无法完整观察整个显示面,多采取画面
滚动显示来弥补。
(3)制作调试时的运转的振动现象能很好控制。
这种运动方式制作的POV屏很适合用于广告,造型能大型化。
3.摇摆式往复运动
发光体分布在往复运动的摇摆状的棒上,通过棒体摇摆产生扇形画面,如
图14所示。
图14摇摆式往复运动
这种方式的特点是:
(1)静止的底座与运动的发光体之间可直接用柔性排线供电,与其他送电
方式相比,省去了复杂的送电装置。
(2)由于光棒往复运动过程中并非均速,如在软件编程上不作特别处理的
图15球状体旋转运动话,显示的字符和图案会出现中间宽两边窄的变形现象。
(3)在机械方面,运行时振动较大,不易大型化。
这种运动方式的POV屏,大多做成时钟。
3.送电方式
由于大多数POV制作中的发光体是处于运动状态,为了简化接线,一般都
将主控电路也与发光体安排在一起同时运动。
这样,如何给系统供电,就成为制作规划时必须考虑的一个关键问题。
1.电池供电
这种供电方式简单方便,易于携带,但不适合长时间运行。
常用在摇摇棒这
类便携式制作上。
2.柔性导线供电
这种供电方式简单直接,适用范围较单一,仅适合用于摇摆运动类的POV
制作上。
3.电动机转子取电
由于显示部件与旋转驱动电动机的旋转轴是相对静止的,可通过主轴的结
构特点,对电动机进行改造,将电动机内部的整流子上的电直接引出作为主控显示板的电源。
电动机转子取电这种方式能得到较大的电能,不会另外产生噪声。
但对电动机改造需要很高的机械加工技能,另外,对取得的电还要进行整流滤波,主控显示板上要添加相应的电路。
4.电刷送电
与直流电动机电刷类似的方式,在静止状态的底座上安装电刷,并通过电动
机轴上或主控显示板上的金属环传输电能,保证系统长时间运行。
两种常用的电刷供电方式此供电方式能传送较大电流强度的电能。
业余制作时,材料的加工制作有一定难度,高速旋转时会产生较大的噪声。
5.自发电
根据主控显示板与底座相对旋转运动状态,在运转部分安装直流电动机,通过旋转运行产生电能,给主控显示系统供电。
这种方式不会产生新的噪声,但结构较为复杂,产生的电能有限,选用主轴电动机的功率要相对大些的,以保证小发电动机获得足够的机械能。
6.感应供电
这里介绍的感应供电的原理与变压器原理相当,就是在两个相距很近的线
圈中,一只线圈作为电能发送端,另一只线圈作为电能接收端,发送端接入交变
电流,在相距很近的接收端就能同时感应到交变电流,只是这种状态下的初级与
次级两组绕组的耦合度较低,因此,为提高传输效率,需要在送电的初级考虑选
择合适的振荡频率,让初级线圈处于共振状态,这是制作是否成功的关键。
这种方式为无接触方式供电,无新增噪声,只是制作难度较大,而且传输效率低,在大电流供电的情况下受限。
4.传感器
要使运动的发光体形成的显示画面显示正常和稳定,POV显示系统大多需
要通过传感器来感知发光体的运动位置或状态,确定显示的起始位置。
以下列举了几种在POV制作中常用到的传感器。
外部较强磁场能对干簧继电器产生作用,可将它作为磁感应开关。
光断续器可对发射和接收之间光强度发生的变化作出反应。
水银开关能感知物体的倾斜状态。
当压电陶瓷发生变形时,会在电极两端产生电压,这一特性能感知弹性板状物体的变形。
有关传感器方面的详细介绍,将安排在各制作实例讲解中。
5.系统的控制与通信
为了能将运动的POV显示系统的显示内容进行调整和更新,我们还需要考虑与系统的通信问题。
最为简便的方法是红外通信方式,较为先进的方法是无线通信方式(如给系统发送显示信息),另外,电源载波方式也是一种选择。
__
旋转LED显示原理介绍
如何让一列灯旋转起来感觉像稳定的字显示在空中呢?
首先我们来分析下人的眼睛,其实人的眼睛非常好骗的,只要让电机扫描的快一点就行了,实际上肉眼在24帧/秒以上就不会看到闪烁的,所以要保证电机的速度能在一秒转24圈以上,这样的话人眼就觉得旋转的字很稳定很清晰的显示在空中了。
旋转LED旋转起来是一个圆,那么就需要有一个传感器来判断起点位置,有人用霍尔传感器,有人用红外对管,笔者觉得用红外对管来的便宜些,而且实现起来也容易。
这个起点检测非常重要,单片机就是根据这个起点来判断是否要开始显示数据的。
如果起点检测不到单片机就不开始显示。
如何让一列灯不断的送数据实现一个文字的显示呢?
这个我们就要了解文字取模的原理了,这里以PC2002字幕软件为例,取一个16*16的中文字,见字幕选项设置:
从第一列开始向下
每取8个点作为一个字
节,如果最后不足8个
点就补满8位。
取模顺序是从低到
高,即第一个点作为最
低位。
如*-------取
为00000001
取模后如下表:
0xFF,0x7F,0xFF,0xBF,0x3F,0xC8,0xBF,0xFB,0xBF,0xFB,0xBF,0xEB,0x80,0x9B,0xB7,0xFB,0xB7,0xEB,0xB7,0x9B,0xB7,0xFB,0x37,0xF8,0xF7,0xEF,0xF7,0x1F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"点",0*/
现在我们知道16*16取模是一列一列取的了,一列有2个字节,一共16列,所以一个16*16的汉字就有32个字节,需要占用单片机的Code空间32个字节。
然后再结合硬件来分析,如下图:
P2.2
P2.1
P5.3
P2.0
一列灯16个刚好对应16*16一个汉字的一列:
2个字节,所以把取模到的数据依次送到P2口和P4P5口,这里硬件中P4P5组成一个字节,所以显示程序如下:
for(i=0;i<16;i++)//送16列显示这里只显示一个字。
{
P2=zimo[i*2];//送数据低位显示
P4=(zimo[i*2+1]);//送数据高位显示这里用了单片机P4和P5口是LQFP48脚才有的IO口
P5=(zimo[i*2+1])>>4;//这里行和列都是IO口独立驱动的LED
DelayUs(200);//延时让LED亮起来每列延时的时间
P2=0XFF;
P4=P5=0XFF;
}
在什么时候送显示呢?
单片机IO一判断到红外接收管接收到起点信号,就开始显示,显示完16列后等待下一次的起点信号。
这样只要电机的速度够快就会稳定的把字显示字空中了。
平面的文字显示同理。
如何让一组文字不断的移动?
这就需要一个字幕计数器,旋转LED每旋转一圈,这个字幕计数器就加一,指向下一列,这样不断的刷新,感觉文字就在移动了,程序如下:
j就是字幕计数器,每转一圈j就会加1;
if(KEY==0)//红外接收管判断起始位
{
j++;
if(j>672)//根据显示的字数定义改数值672/16=42个字显示完42个字后重新开始
{
j=0;
}
for(i=j;i<128+j;i++)//每转一圈前进一列这里定义一圈中同时显示128/16=8个字,
{P2=zimo[i*2];//送数据低位显示
P4=(zimo[i*2+1]);//送数据高位显示这里用了单片机P4和P5口是LQFP48脚才有的
P5=(zimo[i*2+1])>>4;//这里行和列都是IO口独立驱动的LED
DelayUs(200);//延时让LED亮起来每列延时的时间
P2=0XFF;
P4=P5=0XFF;
}
最后一点是供电的问题,旋转LED供电问题是比较麻烦的,这里我采用了无线供电方式,经过实践论证,功率很有限,需要改进的地方还很多,电路原理是把直流转成交流,然后经过初级线圈,最后次级线圈感应得电,经过整流滤波后给旋转部分供电,直流转交流部分电路是一个自激震荡电路。
动手能力强的朋友经过改造电机电刷方法实现,如果有条件制作的欢迎用此种方式。
原件清单
470Ω电阻
50K电阻
4148二极管
8050三极管
222涤纶电容
B772中功率三极管
散热片
470uf
4148贴片
5V1稳压管
470uf电容
22pf晶振旁路电容
10K电阻
104pf电容
焊接红外接收管
排针
固定次级线圈及焊接线圈
固定铜柱
Stc89c52rc
贴片LED灯
470欧姆电阻
固定旋转转接板
原理图
1无线供电小板原理图
2旋转LED主板原理图
实验程序
/*************************************************************
旋转LED立体显示字测试程序
单片机STC89C52或者其他51
字模软件用PC2002
逐列取模方式
电机旋转方向逆时针
/*****************************************************
说明:
硬件介绍:
用单片机的16个IO口独立驱动LED灯,采用
无线供电方式给旋转主板供电以及性能较好的RF370电机带动旋转,在5V供电下显示的效果非常好.电机速度也够快
够安静.
看程序前请看下原理图,根据原理图来理解比较容易!
程序用判断红外起点的方法开始显示每转一圈,列数往后移动一列
显示完指定的字数后循环此种弊端是没用中断,一圈的开始后必须要显示完
指定的列数才能退出,如果电机速度太快会造成头吃尾的后果,后面会介绍避免
头吃尾的方法,让整一圈都能显示字盲点很小。
学习知识:
只为简单的理解显示的原理,利用人眼视觉暂存,用电机旋转做列扫描,
每送一列数据延时再送下一列数据,原理比较简单,跟点阵显示差不多。
/***************************************************/
#include"NEW_8051.H"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint//宏定义
sbitKEY=P3^2;//红外检测起点
//pc2002设置阳码逐列顺向取模见设置图片
//54321欢迎欣赏!
武汉轻工大学,电气与电子工程学院,单片机大赛作品:
十字旋转LED。
电子信息工程1101班,110408324。
ucharcodezimo[]={
0xFF,0xFF,0x07,0xE6,0xF7,0xDE,0x77,0xDF,0x77,0xDF,0xF7,0xEE,0xF7,0xF1,0xFF,0xFF,/*"5",0*/
0xFF,0xFF,0xFF,0xF8,0x3F,0xFB,0xDF,0xDB,0xEF,0xDB,0x07,0xC0,0xFF,0xDB,0xFF,0xFF,/*"4",1*/
0xFF,0xFF,0xCF,0xE7,0xF7,0xDF,0x77,0xDF,0x77,0xDF,0xB7,0xEE,0xCF,0xF1,0xFF,0xFF,/*"3",2*/
0xFF,0xFF,0x8F,0xCF,0xF7,0xD7,0xF7,0xDB,0xF7,0xDD,0x77,0xDE,0x8F,0xCF,0xFF,0xFF,/*"2",3*/
0xFF,0xFF,0xEF,0xDF,0xEF,0xDF,0x07,0xC0,0xFF,0xDF,0xFF,0xDF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"1",4*/
0xFB,0xEF,0xDB,0xF7,0xBB,0xF9,0x7B,0xFE,0x9B,0x7D,0x63,0xB3,0xBF,0xDF,0xCF,0xE7,0xF0,0xF9,0x37,0xFE,0xF7,0xF9,0xF7,0xE7,0xD7,0xDF,0xE7,0xBF,0xFF,0x7F,0xFF,0xFF,/*"欢",5*/
0xBF,0xFF,0xBF,0xBF,0xBD,0xDF,0x33,0xE0,0xFF,0xDF,0xFF,0xBF,0x03,0xB0,0xFB,0xBB,0xFD,0xBD,0xFF,0xBF,0x03,0x80,0xFB,0xBD,0xFB,0xBB,0x03,0xBC,0xFF,0xBF,0xFF,0xFF,/*"迎",6*/
0xFF,0x7F,0xFF,0x9F,0x03,0xE0,0xBB,0xFF,0xBB,0xFF,0x3D,0x80,0xBC,0xFF,0xBD,0x7F,0xDF,0xBF,0xE7,0xCF,0xF0,0xF3,0x37,0xFC,0xF7,0xE3,0xD7,0x9F,0xE7,0x7F,0xFF,0xFF,/*"欣",7*/
0xFF,0xFF,0xEF,0x7F,0xF3,0x7F,0xFA,0x60,0x89,0xBE,0xAB,0xBE,0xAB,0xDE,0xA8,0xE2,0xAB,0xFE,0xAB,0xDE,0x89,0xDE,0xFA,0xA0,0xEB,0xBF,0xF3,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"赏",8*/
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x01,0xCC,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"!
",9*/
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"",10*/
0xDF,0xBF,0xDF,0x3F,0xDB,0x81,0xDB,0xBF,0xDB,0xBF,0x5B,0xC0,0xDB,0xDD,0xDB,0xDD,0xDF,0xDF,0x00,0xFC,0xDF,0xF3,0xDD,0xEF,0xD3,0xDF,0xDF,0xBF,0xDF,0x07,0xFF,0xFF,/*"武",0*/
0xEF,0xFB,0x9F,0xFB,0xFD,0x83,0xF3,0xFC,0x3F,0x7F,0xFD,0x7F,0xE1,0xBF,0x1D,0xDF,0xFD,0xEC,0xFD,0xF3,0xFD,0xEC,0x1D,0xDF,0xE1,0xBF,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0xFF,/*"汉",1*/
0x37,0xF7,0x47,0xE7,0x70,0xF7,0x17,0x00,0x77,0xFB,0x77,0xFB,0x7F,0xBF,0x7D,0xBD,0xBD,0xBD,0xDD,0xBD,0xED,0x81,0xE5,0xBD,0xD9,0xBD,0xBD,0xBD,0x7F,0xBF,0xFF,0xFF,/*"轻",2*/
0xFF,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0x03,0xC0,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFF,0xDF,0xFF,0xFF,/*"工",3*/
0xDF,0x7F,0xDF,0x7F,0xDF,0xBF,0xDF,0xDF,0xDF,0xEF,0xDF,0xF3,0xDF,0xFC,0x00,0xFF,0xDF,0xFC,0xDF,0xF3,0xDF,0xEF,0xDF,0xDF,0xDF,0xBF,0xDF,0x7F,0xDF,0x7F,0xFF,0xFF,/*"大",4*/
0xBF,0xFB,0xCF,0xFB,0xEE,0xFB,0x69,0xFB,0x6F,0xFB,0x6F,0xBB,0x6E,0x7B,0x69,0x81,0x6F,0xF9,0x6F,0xFA,0x67,0xFB,0xEB,0xFB,0xEC,0xFB,0xAF,0xFB,0xCF,0xFB,0xFF,0xFF,/*"学",5*/
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xA7,0xFF,0xC7,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*",",6*/
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x07,0xE0,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x00,0x80,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x07,0x60,0xFF,0x7F,0xFF,0x0F,0xFF,0xFF,/*"电",7*/
0xDF,0xFF,0xEF,0xFF,0xB3,0xFF,0xB8,0xFF,0xAB,0xFF,0xAB,0xFF,0xAB,0xFF,0xAB,0xFF,0xAB,0xFF,0xAB,0xFF,0xAB,0xFF,0x2B,0xF0,0xFB,0xCF,0xFB,0xBF,0xFF,0x0F,0xFF,0xFF,/*"气",8*/
0xFF,0xF7,0xFF,0xF7,0x1F,0xF7,0x60,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xB7,0x77,0x7F,0x77,0xBF,0x77,0xC0,0xF7,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,/*"与",9*/
0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0x07,0xE0,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x77,0xF7,0x00,0x80,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x77,0x07,0x60,0xFF,0x7F,0xFF,0x0F,0xFF,0xFF,/*"电",10*/
0x7F,0xFF,0x7D,0xFF,0x7D,0xFF,0x7D,0xFF,0x7D,0xFF,0x7D,0xBF,0x7D,0x7F,0x1D,0x80,0x5D,0xFF,0x6D,0xFF,0x75,0xFF,0x79,0xFF,0x7D,0xFF,0x7F,0xFF,0x7F,0xFF,0xFF,0xFF,/*"子",11*/
0xFF,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0x03,0xC0,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFB,0xDF,0xFF,0xDF,0xFF,0xFF,/*"工",12*/
0xDB,0xF7,0xDB,0xF9,0x5B,0xFE,0x01,0x00,0xDC,0xFE,0xDD,0xF9,0xFF,0xBF,0xC1,0xB6,0xDD,0xB6,0xDD,0xB6,0xDD,0x80,0xDD,0xB6,0xDD,0xB6,0xC1,0xB6,0xFF,0xBE,0xFF,0xFF,/*"程",13*/
0xBF,0xFB,0xCF,0xFB,0xEE,0xFB,0x69,0xFB,0x6F,0xFB,0x6F,0xBB,0x6E,0x7B,0x69,0x81,0x6F,0xF9,0x6F,0xFA,0x67,0xFB,0xEB,0xFB,0xEC,0xFB,0xAF,0xFB,0xCF,0xFB,0xFF,0xFF,/*"学",14*/
0xFF,0xFF,0x01,0x00,0xDD,0xFB,0xA5,0xF7,0x79,0xF8,0xEF,0x7F,0xF3,0xBE,0xDB,0xCE,0xDB,0xF0,0xDA,0xFE,0xD9,0xFE,0xDB,0xC0,0xDB,0xBE,0xEB,0xBE,0xF3,0x8E,0xFF
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